付 强 匡祖国

(安阳钢铁股份有限公司)

减少型钢轧机弹跳量的生产实践

付 强 匡祖国

(安阳钢铁股份有限公司)

主要介绍了型钢高刚度轧机的特点，以及轧机弹跳量增大的危害，分析了轧机弹跳量增大的原因，并提出了减少轧机弹跳量的技术措施，制订了轧机检查、维修的标准；将轧机弹跳量始终稳在0.5 mm～0.65 mm之间。

弹力补偿垫 预紧力 弹跳量

0 前言

某厂Φ400型材机组，主要生产∠45～∠100角钢、[6.3～[10槽钢等产品。采用SY—4型高刚度轧机，其特点是：辊系采用全悬挂方式，且将轴承座的支撑点设在四列短圆柱轴承上，用四个支撑座将辊系固定在箱型底座上，支撑座上下的导向槽起轧辊的轴向固定和压下调整的导向作用，它承受轧辊轴向的轧制力。由球面垫、平衡弹簧、螺母、立柱、半环、定距套、铜瓦等构成的轧机拉杆系，分别装在轴承座和支撑座内，轧机拉杆系示意图如图1所示。轧制过程中，轧辊所受的轧制力通过轴承座传递并作用于调整螺母和拉杆的连接螺纹上。轧辊平衡采用预压紧弹簧，弹簧装在轴承座中，随轴承座移动，从而使弹簧受力不随轧机开口度变化而变化，平衡力应为被平衡重力的1.5～2倍。因此，拉杆系的强度和刚度尤为重要[1]。

图1 高刚度轧机拉杆系示意图

1 现状

轧机在使用一段时间后，存在弹跳量增大的现象，不仅影响轧件尺寸精度，而且易引上下辊磕碰掉块，增加辊耗；还限制了一些高新产品(如南网角钢和美标槽钢等)的开发生产。轧机每经一轮使用维修时，现场测量的拉杆系磨损量、平衡弹簧压缩量、弹簧弹力与轧机弹跳量见表1。

表1 零件磨损量、弹簧压缩量、弹簧弹力与弹跳量关系表

2 问题分析

2.1 定性分析

从表1数据可知，轧机弹跳量增加的原因是由于拉杆系各部件磨损造成的。其一是支撑座内，半环、定距套、铜瓦的磨损，会产生较为明显的间隙，处理也较为简单，通过补焊、加垫或更换相应备件，即可消除间隙。其二是螺母螺纹与立柱螺纹之间、螺母与球面垫之间的磨损，致使螺母位置下移，平衡弹簧压缩量减少，平衡弹簧预紧力下降，无法消除立柱螺纹和螺母螺纹间隙，轧机弹跳值随之增大，这种情况容易被忽视；立柱和螺母的螺纹又不能在通过简单的补焊修复，频繁更换立柱和螺母又会增加备件费用，每件都在3 000元左右；一般在第三次维修时，立柱或螺母就要报废、更换。因此如果要在延长立柱和调整螺母使用寿命的前提下，控制轧机的弹跳量，就必须设法保持平衡弹簧预紧力不下降。

2.2 定量分析

2.2.1 平衡弹簧所需平衡重力的计算

以圆头上轴承座的1根拉杆进行计算：轴承座装配总和的1/2, m1=467 kg；单根轧辊重量的1/4，m2=350 kg；联接轴重量的1/6，m3=139 kg。

重量总计 ∑m= m1+m2+m3=956 kg。

这些部件所受重力为: G=∑m ×g=956×9.8=9.37 kN

取预压紧系数k=1.5～2

所需预压紧力F=k×G=(1.5～2)×9.37=14.06～18.74 kN

2.2.2 弹簧刚度系数的计算

所用弹簧的参数：长度L=φ130 mm，外径D2=Φ195 mm，中经D=Φ170 mm，内径D1=Φ145 mm，线径d=Φ25 mm；有效工作圈数n=2，材质为60SiZMA，并经热处理，切变模量Gv=80 GPa。

刚度系数KV=Gvd4/8D3n[2]

KV=80×254/8×1703×2=0.4 kg/mm

2.2.3 平衡弹簧弹力的计算

由胡克定律[3]，平衡弹簧弹力F= KV×ΔL，可得到不同平衡弹簧压缩量情况下的弹力值，平衡弹簧特性曲线如图2所示。

图2 平衡弹簧特性曲线

由图2可知，当平衡弹簧压缩量在40 mm～45 mm之间时，平衡弹簧弹力为16 kN ～18 kN，才可以满足要求。

2.2.4 螺纹齿牙的极限宽度计算

2.2.4.1 计算条件

轧机最大轧制力T=2 000 kN，每根拉杆受到轴向力为：

螺纹螺距p =10 mm，螺纹有效啮合长度h=150 mm，旋合圈数u=h/p=15；螺纹小直径d1=129 mm；螺纹中直径d2=135 mm ；弯曲力臂l=(d2-d1)/2=3 mm；螺纹牙底宽度b =6.5 mm; 螺母螺纹大直径D1= 141 mm。

2.2.4.2 拉杆螺纹齿牙极限宽度计算

螺纹齿牙的危险截面位于螺纹牙底[4]，螺纹齿牙底极限宽度计算见表2。

表2 螺纹齿牙底极限宽度计算表

螺纹齿牙强度条件如下：

螺纹牙剪切强度条件为：τ= Q/πDbu≤[τ][4]

螺纹牙弯曲强度条件为：σb=6 Q l/πDb2u≤[σ]b[4]

3 解决措施

(1)每周对轧机的弹跳量进行1次检查，并做记录。

(2)对弹跳量达到0.65 mm及以上的轧机不再装配使用，进行维修。

(3)维修时必须对半环、定距套、铜瓦的轴向尺寸进行测量；根据磨损量，可采取补焊、填充垫圈、更换等措施，恢复安装到压紧状态。

(4)对平衡弹簧进行测量与测试，对已产生疲劳、有丧失弹力现象的弹簧和有锈蚀现象的弹簧都要及时更换。弹簧在腐蚀环境中承受交变载荷将发生腐蚀疲劳，其在淡水腐蚀下的持久极限仅是大气中的10%～25%[5]。

(5)根据螺母与球面垫、立柱之间的磨损量，在平衡弹簧与平衡螺母之间增加相应个数的弹力补偿垫(每个厚度2.5 mm)，将平衡弹簧的压缩量恢复到44±1 mm，弹力恢复到18 kN ～17 kN，轧机弹跳量恢复到0.5 mm。

(6)立柱的齿牙底宽度磨损到极限值3 mm、螺母的齿牙底宽度磨损到极 限值3.92mm时必须进行更换。

4 结论

通过规范轧机定期检查、维修制度，规范相应标准，能够有效地保持平衡弹簧弹力的稳定，每次轧机经检修后都恢复到18 kN ～17 kN，轧机弹跳量恢复到0.5 mm，轧机在每个使用周期，弹跳量都始终稳定在：0.5 mm～0.65 mm之间；有效提高了轧件精度，避免轧辊磕碰掉块，降低辊耗；也为开发轧制高强度角槽钢等高新品种，提供了生产保障。并且延长了螺母、立柱的使用寿命，使用寿命增加30%以上。

[1] 张荣滨，李图学.短应力线轧机拉杆系分析[J].中国市场,2015,(37):47—48

[2] 钟文彬.圆柱螺旋弹簧刚度特性的有限元分析[J].机械,2011,38(12):21—23

[3] 刘鸿文.材料力学(第二版)上册[M].北京：高等教育出版社，1982:26—27

[4] 濮良贵，纪名刚.机械设计(第六版)[M].北京：高等教育出版社，1996:95—97

[5] 金双峰.弹簧的失效分析与预防技术[J]. 金属热处理,2011,(36):142—143

PRODUCTION PRACTICE OF REDUCING STEEL ROLLING MILL SPRING

Fu Qiang Kuang Zuguo

(Anyang Iron and Steel Stock Co., Ltd)

The characteristics of shape steel stiff mill and hazards of rolling mill spring increase were introduced, the causes of rolling mill spring increase were analyzed, and the technical measures to reduce the quantity of mill spring were proposed, the inspection and maintenance standard of the mill were established; the rolling mill spring has been controlled among the range of 0.5 mm～0.65 mm.

compensation pad preload spring

，工程师，河南.安阳(455004)，安阳钢铁股份有限公司第一轧钢厂；

2016—6—23